Строевые по шпангоутам и ватерлиниям

Для характеристики распределения сил водоизмещения по длине судна строят специальную эпюру, называемую строевой по шпангоутам. Для построения этой эпюры горизонтальная линия, выраженная в принятом масштабе теоретическую длину судна, делится на n одинаковых частей, равных числу шпаций на теоретическом чертеже судна.

Рис. 1. Строевая по шпангоутам
На перпендикулярах, восстановленных в точках деления, откладывают в определенном масштабе величины площадей погруженных частей соответствующих шпангоутов и концы этих отрезков соединяют плавной линией. Площадь строевой по шпангоутам равна объему водоизмещения судна.

При отсутствии теоретического чертежа объемное водоизмещение судна можно приближенно определять по его главным размерениям: V=k*L*B*T,
где L, B, T - соответственно длина, ширина и осадка судна; k - коэффициент полноты водоизмещения или общий коэффициент полноты.
Значения коэффициента полноты k для различных типов судов принимаются по справочным данным.

Так как центр величины судна находится в центре тяжести подводной части судна, а площадь строевой выражает собой объем подводной части, то абсцисса центра тяжести строевой по шпангоутам равна абсциссе центра величины судна.

Аналогичная эпюра, характеризующая распределение сил водоизмещения по высоте судна, называется строевой по ватерлинии.

Рис. 1. Строевая по ватерлиниям

Площадь строевой по ватерлиниям также равна объемному водоизмещению судна, а ордината ее центра тяжести определяет положение центра величины судна по его высоте.

Если учесть свойства строевых по шпангоутам и ватерлиниям, то определение местоположения центра величины судна сведется к вычислению абсциссы центра тяжести строевой по шпангоутам и ординаты центра тяжести строевой по ватерлиниям.

Расчеты по определению координат центра тяжести судна удобно вести в табличной форме, которая называется весовым журналом. В этот журнал заносятся веса всех элементов самого судна и всех грузов, находящихся на нем.
Если учесть свойства строевых по шпангоутам и ватерлиниям, то определение местоположения центра величины судна сведется к вычислению абсциссы центра тяжести строевой по шпангоутам и ординаты центра тяжести строевой по ватерлиниям.
Воспользовавшись известным из статики определением для статического момента площади, можно написать формулы для определения координат центра величины судна

где wi и wi* - площади частей строевых, заключенных между двумя смежными шпангоутами или ватерлиниями; Xi, Yi, Zi - координаты центров тяжестей соответствующих площадей.

При ориентировочных расчетах можно воспользоваться приближенными формулами для определения местоположения центра тяжести, центра величины и метацентра по высоте судна.
Ордината центра тяжести судна определяется по выражению:

где
k - практический коэффициент, значение которого, например, для катеров лежит в пределах 0,68 - 0,73
h - высота борта судна

Для вычисления ординаты центра величины рекомендуется формула академика В. Л. Поздюнина

Zс = T/(1-b/a)
где Т - осадка
b(бетта) - коэффициент полноты водоизмещения
а(альфа) коэффициент полноты грузовой ватерлинии

Малый и большой метацентрические радиусы можно вычислить по формулам профессора А. П. Фан-дер-Флита: и .

пределение объемного водоизмещения и посадки судна. Часть 3

Для того чтобы определить действительный дифферент судна, надо на проекции "бок" последовательно шпангоутам из картона для определения
прочерчивать новые ватерлинии, положения ЦВ близкие к найденной при помощи
кривой водоизмещения, но с дифферентом и для каждой из них найти свое положение ЦВ. Таким последовательным путем мы найдем ватерлинию, при которой ЦВ подводной части лежит на одной вертикали с ЦТ судна, а отсекаемый объем соответствует весовому водоизмещению. Так как при этом полных совпадений по водоизмещению и положению ЦВ не требуется, то обычно достаточно выполнить 2—3 приближения.

Первую приближенную наклонную ватерлинию посадки судна с острой кормой на проекции "бок" надо проводить так, чтобы она пересекла на миделе ватерлинию «на ровный киль» под углом 2°—3°.,В случае дифферента на нос судна с транцевой кормой добавляемый при этом по шпангоуту 0 отрезок осадки должен быть в 1,5—2,5 раза (в зависимости от расстояния между ЦТ и ЦВ) больше, чем отрезок осадки, убавляемый по транцу (смотри рисунок).

Проведение наклонной ВЛ для остроскулого судна.

Новую ватерлинию отмечаем на шпангоутах проекции "корпус" и, вычислив новые площади шпангоутов, строим и затем вырезаем из картона новую строевую.

Построение двух строевых, соответствующих двум ватерлиниям.

На рисунке показано построение двух строевых по шпангоутам. Одна из них построена путем вычисления площадей шпангоутов 0, 2, 5, 6, 8, 10, отсекаемых КВЛ на проекции "корпус", другая — площадей, отсекаемых на шпангоутах 2, 5, 8, 10 проекциями наклонной ВЛ, проведенной под углом 2° к КВЛ. Положение ЦТ строевой при наклонной ВЛ, очевидно, будет ближе к носу, чем ЦТ при КВЛ.

Для облегчения этой работы новую строевую по шпангоутам можно вычерчивать, вычислив любым способом новые площади лишь для трех-четырех шпангоутов, например шпангоутов 2, 5, 8, при этом следует иметь в виду, что ордината строевой, относящаяся к тому сечению корпуса, на котором прежняя и новая ватерлинии пересеклись (в нашем примере между шпангоутами 5 и 6), остается прежней. Вычерчивание новой строевой удобно производить на чертеже первоначальной строевой. В случае наклонного форштевня крайняя носовая точка (в) новой строевой будет находиться несколько дальше, чем у первоначальной строевой.

Ввиду того что наклонные ватерлинии мы проводим на глаз, необходимо наблюдать за тем, чтобы они отсекали объемы такие же (по величине), как и отсекаемые КВЛ. Это можно делать таким путем: после вычерчивания новой строевой нанести на отрезок кальки прибавляемую к прежней строевой площадь А и наложить ее на площадь Oda, отнимаемую от площади прежней строевой.

Обе площади должны быть почти равны по величине. Равенство площадей строевых (а следовательно, и водоизмещении), вырезанных из картона, может быть проверено на чувствительных весах. Заметим, что, пользуясь строевой по шпангоутам, можно вычислить водоизмещение, для этого надо площадь строевой (вычисленную любым способом) помножить на ее масштаб длин (расстояний между шпангоутами) и масштаб площадей шпангоутов. Так, например, если площадь строевой 80 см², масштаб длин принят 1 см—5 см (по отношению к теоретическому чертежу), а масштаб площадей шпангоутов принят 1 см — 20 см²(по отношению к площадям шпангоутов, вычисленным по теоретическому чертежу), то водоизмещение равно 80X5x20 = 8000 см³. Конечно, для перевода вычисленного таким путем объемного водоизмещения на натуру надо его помножить на масштабное число в кубе чертежа (теоретического), по которому вычислялись площади шпангоутов. Так, если масштаб теоретического чертежа в нашем примере равен 1: 10, водоизмещение судна равно:

8000 см³ Х 10³ = 0,008 м³ Х 1000 = 8 м³

Если вычисленный таким путем объем окажется близким (в пределах 3—4,%) к заданному весовому водоизмещению, а ЦТ и ЦВ окажутся на близких (в пределах 3% от длины судна) вертикалях, то проведенную ватерлинию можно принять за окончательную. В противном случае следует провести ватерлинию, ориентируясь на результат, полученный в предыдущем приближении, и повторить все вычисления.

В случае, если представляется возможность, очень полезно изготовить упрощенную модель корпуса, загрузить ее соответствующим образом и, разметив осадку в корме и носу, спустить на воду для определения действительной ватерлинии. Конструкция такой модели понятна из рисунка, в качестве обшивки можно применить пергамент, промасленную бумагу, тонкую фанеру и т. п.

Конструкция модели, служащей для определения статической ватерлинии.

Во избежание ошибок при загрузке модели можно рекомендовать следующие приемы:

1) прочертить снаружи модели на бортах и на днище требующееся положение ЦТ и отложить к носу и корме от него равные расстояния (по 100—200 мм);

2) взвесить полностью законченную модель корпуса и определить недостающий вес;

3) поставить модель на весы так, как это показано на рисунке, уравновесив заранее вес подставки на весах;

Способ определения положения груза в модели.

4) положить в модель недостающий груз и двигать его вдоль модели до тех пор, пока весы не покажут половины величины весового водоизмещения (в масштабе модели); в найденном положении закрепить груз.

Модель должна быть загружена в соответствии с законом механического подобия, а именно: ее водоизмещение должно быть равно водоизмещению судна, деленному на куб масштабного числа модели. Так, если водоизмещение судна 800 кг, а масштаб модели 1: 10, то водоизмещение модели должно быть равно 800/10³ = 0,8 кг. Результат испытания такой додели может быть точнее расчета. Модель может быть применена и для проверки поперечной остойчивости судна, если положение ее ЦТ по высоте будет соответствовать положению ЦТ судна.

Строевой по шпангоутам называется диаграмма показывающая площадь каждого шпангоута. Строевой по шпангоутам можно воспользоваться для определения положения центра тяжести подводного объема модели по длине. Положение этой точки необходимо знать, если мы хотим заранее расположить в модели грузы так, чтобы модель сидела на ровный киль (без дифферента).

Строится эта диаграмма следующим образом. По горизонтали откладывается отрезок, равный в выбранном масштабе расчетной длине модели L, и делится на 10 равных частей 1 соответственно числу шпангоутов.

Перпендикулярно к этому отрезку у всех делений откладываются отрезки, изображающие в любом удобном масштабе площади подводной части шпангоутов. Масштаб этих отрезков может быть, например, таким: 1 см2 площади шпангоута изображается отрезком равным 2 мм.
При таком масштабе высота отрезка, изображающего площадь шпангоута, равную 50 см2, будет равна 50-2 – 100 мм. Соединив верхние концы отрезков, изображающих площади шпангоутов, плавной кривой, получим строевую по шпангоугам.
Положение центра тяжести площади, ограниченной горизонтальной прямой и Строевой, указывает положение по длине центра тяжести подводного объема корпуса. Центр тяжести подводного объема носит название центра величины и обозначается буквами ЦВ.

Техника расчётов чертежа парусного судна

Это простая арифметика! Хотя суть этой арифметики — интегрирование, т. е. суммирование величин с последующим умножением на дискрет — шпацию ∆L или расстояние между ватерлиниями ∆Т. Расчеты сводятся к вычислению площадей и объемов и нахождению их центров тяжести. Приведем пример вычисления площадишпангоута(подводной части). Рис. 9.7. Площадь шпангоута (подводная часть) Численные значения величин берут из теоретического чертежаили из таблицы плазовых ординат. Важен смысл выполняемой работы — т. е. расчета площади. Таким образом, площадь подводной частишпангоутаопределится как сумма площадей его отдельных участков: 2 × Y_квл × ∆T + 2 × Y_вл1 × ∆Т + 2 × Y_вл2 × ∆T + 2 × Y_вл3 × ∆Т = 2 × ∆T × ∑ = Sшп№, где: символ «∑» — означает суммирование для всех «Y». Это несколько приближенно, однако уже достаточно. Но, если необходимо более точно, используют большее число ватерлиний в теоретическом чертеже и(или) вычитают поправки в виде 1/2(Y_квл + Y_{вл(нижн.)}). Для вычисления объемного водоизмещения используют аналогичный прием. Достаточно заполнить таблицу:  

Шп№

ВЛ суммы ∑вл

Площади ВЛ = ∆L × ∑

Ординаты (Yi) на один борт

КВЛ

ВЛ1

ВЛ2

ВЛ3

Суммы ∑шп

Площади шп = ∆ × ∑шп

Водоизмещение получается суммированием всех площадей шпангоутов и умножением этой суммы на размер шпации ∆L или(и) суммированием всех площадей ватерлиний и умножением этой суммы на размер шага между ватерлиниями — ∆T. Реальное водоизмещение будет близко к среднему от вычисленных двумя путями — по шпангоутам и по ВЛ. Удобно вести все расчеты в дециметрах. Тогда объемное водоизмещение будет в дециметрах кубических — т. е. в литрах. Используя таблицу расчета водоизмещения (строка ∑шп) можно построить строевую по шпангоутам на проекции полуширота и увидеть как распределяется объем водоизмещения по длине корпуса.

Также строят кривую распределения водоизмещения по глубине трюма (строка ∑вл) на проекции корпус — это строевая по ватерлиниям. Измеряя и суммируя длины ветвей шпангоутов можно вычислить площадь поверхности корпуса, не забывая умножить полученную сумму на размер шпации ∆L. Зная площадь КВЛ в дм²не трудно сообразить как увеличится водоизмещение (V) при увеличении осадки например на 1 см (S_квл × 0,1 дм ≈ ∆V кг).

> а - строевая по шпангоутам, б - обвод КВЛ, в - обвод ДП

Рис. 59. Вычерчивание обвода шпангоута с использованием:

а - равновеликого прямоугольника,

б - четырехугольника Морриша,

в - преобразованного четырехугольника Морриша

После завершения разработки шпангоутов переходят к вычерчиванию ватерлиний и батоксов. При этом возникает необходимость в сглаживании обводов для получения плавных и гладких кривых. Поскольку все кривые теоретического чертежа связаны друг с другом, то корректировка ватерлиний неизбежно приводит к искажению формы шпангоутов. Таким образом сглаживание обводов производится до тех пор, пока все кривые (шпангоуты, ватерлинии и батоксы) не будут полностью удовлетворять проектанта.

Заканчивается построение теоретического чертежа проверкой совпадения значений коэффициентов б, в и д, а также координат ЦВ x_c и z_c снимаемых с чертежа с этими же величинами, полученными расчетом.

Дата добавления: 2015-09-06